Операционная система ПЛК.docx

Операционная система ПЛК

Память программ ПЛК состоит из двух сегментов. Первый сегмент — неизменяемая часть, которая содержит ОС ПЛК. По существу, это — интерпретатор инструкций программы пользователя, которые размещаются во втором сегменте памяти — сегменте программы управления. Второй сегмент - это изменяемая часть программы. Она заносится на этапе адаптации серийного изделия для управления конкретным объектом.

ПЛК отличается циклическим характером работы. Каждый цикл выполнения программы управления включает четыре этапа (рис11.5).

На первом этапе происходит тестирование аппаратуры ЦП. Если тест дает удовлетворительные результаты, производится запуск цикла. На втором этапе осуществляется опрос всех входных переменных и запоминание их состояния в специальной области оперативной памяти данных, называемой PII (Process Input Image - образ состояния входных переменных). На третьем этане ЦП производит вычисление логических выражений, составляющих программу пользователя, используя в качестве аргументов состояние входных образов и внутренние переменные.

Входы

Рис11.5 Диаграмма работы ПЛК SIMATIC S7-200/300/400 Последние используются для обозначения режимов работы

системы, а также отражают состояние программно-моделируемых таймеров и счетчиков. Результатом выполнения программы являются значения выходных переменных и новые значения внутренних переменных. ЦП записывает выходные переменные в другую специальную область памяти данных, называемую POI (Process Output Image — образ состояния выходных переменных). Одновременно ЦП управляет счетчиками, таймерами и обозначает новые режимы работы системы установкой или сбросом битов состояний в памяти. На четвертом этапе слово выходных воздействий выдается (все разряды одновременно) из POI в порты вывода и поступает на входы адаптеров выходных сигналов. Далее цикл работы ПЛК воспроизводится снова.

Такая организация работы ПЛК (по существу это - простейшая операционная система) имеет следующие преимущества.

1.Время реакции программы управления на изменение входных сигналов строго определено. В классификации ОС вычислительных средств такую систему называют ОС реального времени с жестким режимом работы. Именно такие требования предъявляются к вычислительным средствам для автоматизации технологических процессов, независимо от аппаратной платформы, на основе которой они реализованы.

2 Невозможность внесения изменений в интерпретатор инструкций гарантирует исключение ошибок программирования аппаратных средств на нижнем уровне. В этом случае

необходимость изучения структуры и особенностей выполнения аппаратных средств полностью отпадает. Не случайно  при описании ПЛК никогда не конкретизируется, на какой элементной базе (тип микропроцессора) выполнен ПЛК, так как это несущественно.

3.    Интерпретатор инструкций содержит аппаратно ориентиро- ванные алгоритмы программной защиты от сбоев аппаратуры. Ис- пользуются методы избыточного кодирования, многократного опроса с мажоритарной логикой  определения  значения входной или выходной переменной, выборки аналоговых сигналов с чтением прямого и дополнительного кодов, записи в выходные устройства с эффектом «эхо» и т.д. Эти методы, оставаясь практически незаметными для пользователя,  значительно  повышают надежность системы.

4.    Одновременная фиксация всех входных дискретных переменных на аппаратном уровне с последующим анализом копии их состояния в ОЗУ и одновременная выдача выходных значений на адаптеры выходов исключает эффект «неустойчивости» программы управления по причине изменения входных сигналов в процессе выполнения программы.

Рассмотренная модель функционирования ПЛК поясняет, по- чему быстродействие ПЛК принято оценивать эквивалентным временем «опроса» 1024 (IK) дискретных входов. Обычно указывается время выполнения одного цикла программы средней сложности для IK дискретных входов, включая этапы чтения PII и загрузки данных из POI в буферы. В некоторых случаях может быть указано эквивалентное время опроса одного входа. Следует отчетливо представлять, что последнее зависит от быстродействия ЦП, но оно всегда превышает время выполнения одной битовой инструкции микроконтроллером ЦП, так как реализация полного цикла даже для одного дискретного входа требует выполнения строго определенной последовательности. В грамотно составленном проспекте ПЛК обычно указано две величины, характеризующие быстродействие: время выполнения битовой инструкции ЦП и время опроса       1К дискретных входов. Первая характеризует быстродействие ЦП, вторая — быстродействие ПЛК как законченного устройства, включая особенности операционной системы. Следует отметить, что рассмотренный исторически сложившийся способ оценки быстродействия в настоящее время используется преимущественно для малых ПЛК. Для средних и мощных ПЛК программы управления, которых включают большое число вычислительных операций, оценки, основанные на модели логического управления, перестали быть актуальными. Для этих

ПЛК указывается время выполнения операций определенного типа (табл. 11.1).

Табл.11.1.БЫСТРОДЕЙСТВИЕ НЕКОТОРЫХ ПЛК

.